KR101619164B1 - 단일반송파 주파수분할다중접속 시스템에서 최소평균제곱오류 수신 방법 및 장치 - Google Patents

단일반송파 주파수분할다중접속 시스템에서 최소평균제곱오류 수신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일반송파 주파수분할다중접속 시스템에서 최소평균제곱오류를 수신하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 안테나를 통해 수신된 시간 영역의 신호를 주파수 영역으로 변환하고, 주파수 영역에서 단말별로 할당된 대역을 구분하고, 상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 채널을 추정하고 가중치를 계산하여 최소평균제곱오류를 검출하고, 상기 가중치와 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 채널 추정값으로부터 시간영역의 바이어스를 계산하고, 상기 계산된 시간영역의 바이어스를 이용하여 상기 검출된 최소평균제곱오류를 정규화하고, 상기 정규화된 신호를 시간영역으로 변환하고 복호화하여 상기 단말로 전송한다. 이와 같이 하면 최소평균제곱오류 조건과 최소오류확률 조건을 모두 만족하는 시간영역 연성출력을 생성할 수 있으므로 채널복호를 고려한 수신기의 성능 저하를 개선할 수 있다.
Figure R1020090125396
SC-FDMA, MMSE, MEP, 채널 부호화, 연성출력(soft-output)

Description

단일반송파 주파수분할다중접속 시스템에서 최소평균제곱오류 수신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR RECEIVING MINIMUM MEAN-SQUARED-ERROR IN SINGLE-CARRIER FREQUENCY DIVISION MULTIPLE ACCESS SYSTEM}
본 발명은 최소평균제곱오류(Minimum Mean-Squared-Error: MMSE) 수신 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 채널부호(channel coding)가 적용된 단일반송파 주파수분할다중접속방식(Single-Carrier Frequency Division Multiple Access: SC-FDMA) 시스템에서의 주파수영역 MMSE 수신 장치 및 방법에 관한 것이다.
3GPP의 LTE(Long Term Evolution)/LTE-어드밴스드(Advanced) 표준에서는 상향링크의 다중접속방식으로 직교분할다중접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access: OFDMA) 방식이 아닌 SC-FDMA 방식, 그 중에서도 DFT-스프레딩(Discrete Fourier Transform-Spreading) OFDMA(DFT-SOFDMA) 방식을 채택하고 있다.
도 1은 SC-FDMA 시스템의 송신기와 시간 영역 MMSE 수신기의 구조를 도시한 것이다.
채널 부호화된 디지털 변조심볼을 주파수영역에서 할당하고 검출하는 OFDMA 방식과는 달리, DFT-SOFDMA 방식은 도 1에 도시한 바와 같이 단말(UE #1, UE #2)로부터 수신되어 터보 부호화기(111,141)를 통해 시간영역에서 채널 부호화된 변조심볼을 DFT-Spreading(112,142)을 통해 주파수영역으로 변환한 다음, IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)(113,143)에서 단말 별로 대역 할당하고 다중화 하여 전송한다.
따라서 DFT-SOFDMA 시스템의 수신단에서는 안테나(Ant #1, Ant #2)를 통해 수신된 시간 영역의 신호를 FFT(Fast Fourier Transform)하여(121,151) 주파수영역에서 단말에게 할당된 대역을 구분한 다음(122,152), 잡음 추정기(131,132), 공분산 추정기(Covariance estimator)(133), CIR(Channel Impulse Response) 추정기(134), 가중치 계산기(135) 및 MMSE(136)를 거쳐서 시간영역에서 변조심볼을 검출하고 터보 복호기(123,153)에서 채널복호를 수행해야 한다.
여기서 시간영역 MMSE 수신기(136)는 각 단말의 대역과 일치하는 IDFT를 통해 시간영역으로 변환된 수신신호에 대해 공간적으로 다중화(spatial multiplexing)된 송신신호를 분리하고, 수신안테나의 신호를 결합하는 공간영역의 MMSE 검출과 시간영역 채널응답(Channel Impulse Response: CIR)에 대한 MMSE 시간영역 등화(Time-Domain Equalization: TDE)를 수행한다. 이러한 시간영역 MMSE 수신기는 채널 선택성에 따라 CIR 추정기(134)에서 출력되는 시간영역 채널행렬
Figure 112009077785209-pat00001
의 차원이 증가하므로 구현이 복잡하다.
도 2는 시간영역 MMSE의 단점을 보완하기 위한 주파수영역 MMSE 수신기를 도 시한 것이다.
SC-FDMA 시스템에서 도 1과 같은 시간영역 MMSE 수신기의 연성출력(soft-output)은 도 2에 도시한 바와 같이 주파수영역 MMSE(236)는 주파수영역에서 해당 사용자 대역의 서브캐리어별로 MMSE 등화 및 검출을 수행하고 다시 IDFT(222,252)를 통해 시간영역으로 변환한 연성출력과 동일하다. 따라서 종래의 DFT-SOFDMA 시스템의 수신기는 주파수영역에서 MMSE를 수행하고, IDFT를 통해 시간영역의 연성출력을 생성하는 도 2의 구조를 사용한다. 도 1과 동일한 구성에 대해서는 자세한 동작 설명을 생략한다.
시간영역에서 사용자 혹은 송신신호
Figure 112009077785209-pat00002
에 대한 채널 부호화된 변조심볼 벡터
Figure 112009077785209-pat00003
는 다음 수학식 1과 같다.
Figure 112009077785209-pat00004
여기서
Figure 112009077785209-pat00005
은 송신신호의 길이로 DFT/IDFT의 크기와 동일하다. 본 발명에서는 수학식 전개의 편의상 송신신호의 개수
Figure 112009077785209-pat00006
, 수신안테나의 개수
Figure 112009077785209-pat00007
인 경우에 대해 설명한다. 이러한 변조심볼 벡터는 DFT를 통해 주파수영역 송신신호 벡터
Figure 112009077785209-pat00008
로 다음 수학식 2와 같이 변환된다.
Figure 112009077785209-pat00009
여기서
Figure 112009077785209-pat00010
는 DFT-spreading을 위한 DFT 행렬이며, DFT 행렬의 원소
Figure 112009077785209-pat00011
에 해당하는
Figure 112009077785209-pat00012
과 그 역행렬인 IDFT 행렬의 원소
Figure 112009077785209-pat00013
에 해당하는
Figure 112009077785209-pat00014
는 다음 수학식 3과 같이 정의된다.
Figure 112009077785209-pat00015
DFT-SOFDM 시스템의 송신단에서는 이렇게 주파수영역으로 변환된 신호를 서브캐리어에 할당하고 다시 IFFT를 통해 시간영역으로 변환하여 전송한다.
DFT-SOFDM 시스템의 수신단에서는 무선 채널을 거쳐 잡음이 더해진 수신신호를 FFT하여 주파수영역으로 변환하고, 할당된 대역을 서브캐리어에 대해 검출 및 등화를 수행한다.
단일입출력(Single-Input Single-Output: SISO) 뿐만 아니라 다중입출력(Multi-Input Multi-Output: MIMO) 환경에서의 수신 과정을 살펴보기 위해 서브캐리어
Figure 112009077785209-pat00016
에서 수신신호벡터
Figure 112009077785209-pat00017
를 표현하면 다음 수학식 4와 같다.
Figure 112009077785209-pat00018
여기서
Figure 112009077785209-pat00019
는 주파수영역 송신신호벡터
Figure 112009077785209-pat00020
를 서브캐리어
Figure 112009077785209-pat00021
에 대해 재구성한
Figure 112009077785209-pat00022
송신신호벡터이며,
Figure 112009077785209-pat00023
는 (N×U) 주파수영역의 채널행렬,
Figure 112009077785209-pat00024
는
Figure 112009077785209-pat00025
주파수영역의 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise: AWGN)벡터이다.
종래의 MMSE 수신기를 적용하는 경우, MMSE 검출기의 가중치(weight)
Figure 112009077785209-pat00026
와 MMSE FDE의 가중치
Figure 112009077785209-pat00027
및 주파수영역 연성출력
Figure 112009077785209-pat00028
는 각각 다음 수학식 5 내지 7과 같이 주어진다.
Figure 112009077785209-pat00029
Figure 112009077785209-pat00030
Figure 112009077785209-pat00031
각 사용자 혹은 송신신호 별로 주파수영역 연성출력에 IDFT를 수행하면, 시간영역의 연성출력
Figure 112009077785209-pat00032
는 다음 수학식 8과 같이 주어진다.
Figure 112009077785209-pat00033
여기서
Figure 112009077785209-pat00034
은 시간영역 MMSE 수신기의 바이어스(bias)에 해당하는 값이며,
Figure 112009077785209-pat00035
는 시간영역의 오류벡터이다. 시간영역의 연성출력으로부터 채널복호에 필요한 LLR(Log-Likelihood Ratio)은 다양한 방법으로 생성할 수 있으나, 일반적으로 연성출력과 변조심볼의 호제법(Euclidean algorithm)에 따른 거리
Figure 112009077785209-pat00036
를 이용하여 생성된다. 예를 들어, 근사화된 심플(simple) LLR을 사용하는 경우, 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)의 LLR은 다음 수학식 9 및 수학식 10과 같다.
Figure 112009077785209-pat00037
Figure 112009077785209-pat00038
따라서 최적의 채널복호 성능은 오류벡터
Figure 112009077785209-pat00039
이 AWGN이고,
Figure 112009077785209-pat00040
이 되어 최소오류확률(MEP) 조건을 만족하는 경우에 달성된다. 일반적으로 오류벡터
Figure 112009077785209-pat00041
은 간섭이 있는 경우에도 백색 필터(whitening filter)가 적용된 경우를 가정하면 AWGN으로 모델링이 가능하다. 그러나 일반적으로 MMSE 수신기의 bias
Figure 112009077785209-pat00042
는 1이 아니므로 최소평균제곱오류(MMSE) 조건은 만족되지만, 최소오류확률(MEP) 조건은 만족하지 않으므로 채널복호를 고려했을 때 종래 수신기의 성능은 저하될 수밖에 없다.
채널 부호화된 SC-FDMA 시스템의 수신단에서 채널 선택성에 의존적인 시간영역 MMSE 수신기는 구현이 복잡하므로 일반적으로 동일한 시간영역 연성출력을 출력하는 주파수영역 MMSE 수신기와 IDFT를 이용하여 SC-FDMA 신호를 수신한다. 그러나 주파수영역 MMSE 수신기에서 IDFT 변환된 시간영역 연성출력은 시간영역 MMSE의 bias를 포함하고 있으므로 최소평균제곱오류(MMSE) 조건은 만족하지만, 최소오류확률(Minimum Error Probability: MEP) 조건은 만족하지 않는다. 따라서 종래 주파수영역 MMSE 수신기의 구조를 사용하는 경우, 시간영역 MMSE의 bias로 인해 채널복호 를 고려한 전체 SC-FDMA 수신기의 성능이 저하되는 문제점이 발생한다.
그러므로 채널 부호화된 시스템의 수신기에서 최적의 채널복호를 위해서는 MMSE 조건뿐 아니라 MEP 조건을 만족하는 비편향된 연성출력(unbiased soft-output)이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 SISO와 MIMO 환경에서 채널복호 성능을 개선할 수 있는 주파수영역 비편향 MMSE(unbiased MMSE FDE) 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 단일반송파 주파수분할다중접속 시스템에서 최소평균제곱오류를 수신하는 방법에 있어서, 안테나를 통해 수신된 시간 영역의 신호를 주파수 영역으로 변환하고, 주파수 영역에서 단말별로 할당된 대역을 구분하는 과정과, 상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 채널을 추정하고 가중치를 계산하여 최소평균제곱오류를 검출하는 과정과, 상기 가중치와 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 채널 추정값으로부터 시간영역의 바이어스를 계산하는 과정과, 상기 계산된 시간영역의 바이어스를 이용하여 상기 검출된 최소평균제곱오류를 정규화하는 과정과, 상기 정규화된 신호를 시간영역으로 변환하고 복호화하여 상기 단말로 전송하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 단일반송파 주파수분할다중접속 시스템에서 최소평균제곱오류를 수신하는 방법에 있어서, 안테나를 통해 수신된 시간 영역의 신호를 주파수 영역으로 변환하고, 주파수 영역에서 단말별로 할당된 대역을 구분하는 과정과, 상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 채널을 추정하고 가중치를 계산하여 최소평균제곱오류를 검출하고 시간 영역의 신호로 변환하는 과정과, 상기 가중치와 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 채널 추정값으로부터 시간영역의 바이어스를 계산하는 과정과, 상기 계산된 시간영역의 바이어스를 이용하여 상기 검출된 최소평균제곱오류를 정규화하는 과정과, 상기 정규화된 신호를 복호화하여 상기 단말로 전송하는 과정을 포함한다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 단일반송파 주파수분할다중접속 시스템에서 최소평균제곱오류를 수신하는 장치에 있어서, 안테나를 통해 수신된 시간 영역의 신호를 주파수 영역으로 변환하고, 주파수 영역에서 단말별로 할당된 대역을 구분하는 제1 변환기와, 상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 채널을 추정하는 채널 추정기와, 상기 채널 추정 값으로부터 가중치를 계산하는 가중치 계산기와, 상기 계산된 가중치를 이용하여 상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 최소평균제곱오류를 검출하는 최소평균제곱오류 검출기와, 상기 검출된 최소평균제곱오류값을 시간영역의 신호로 변환하는 제2 변환기와, 상기 가중치와 상기 채널 추정값으로부터 시간영역의 바이어스를 계산하는 바이어스 계산기와, 상기 계산된 시간영역의 바이어스를 이용하여 상기 시간영역의 신호로 변환된 최소평균제곱오류를 정규화하는 정규화기와, 상기 정규화된 신호를 복호화하여 상기 단말로 전송하는 복호기를 포함한다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 단일반송파 주파수분할다중접속 시스템에서 최소평균제곱오류를 수신하는 장치에 있어서, 안테나를 통해 수신된 시간 영역의 신호를 주파수 영역으로 변환하고, 주파수 영역에서 단말별로 할당된 대역을 구분하는 제1 변환기와, 상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 채널을 추정하는 채널 추정기와, 상기 채널 추정 값으로부터 가중치를 계산하는 가중치 계산기와, 상기 계산된 가중치를 이용하여 상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 최소평균제곱오류를 검출하는 최소평균제곱오류 검출기와, 상기 가중치와 상기 채널 추정값으로부터 시간영역의 바이어스를 계산하는 바이어스 계산기와, 상기 계산된 시간영역의 바이어스를 이용하여 상기 검출된 최소평균제곱오류를 정규화하는 정규화기와, 상기 정규화된 신호를 시간영역으로 변환하는 제2 변환기와, 상기 시간영역으로 변환된 신호를 복호화하여 상기 단말로 전송하는 복호기를 포함한다.
이하에서 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의해 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 채널 부호화된 SC-FDMA 시스템에서 주파수영역 MMSE 수신기를 적용하는 경우, 시간영역 연성출력의 bias
Figure 112009077785209-pat00043
가 보정된 unbiased MMSE 수신 기법 및 장치를 이용함으로써 시간영역 연성출력의 bias를 동등한 주파수영역 bias로 변환하여 주파수영역 혹은 시간영역에서 보상하므로 시간영역의 unbiased MMSE 수신기 대비 복잡도가 낮은 장점을 유지할 수 있다. 또한 최소평균제곱오류(MMSE) 조건과 최소오류확률(MEP) 조건을 모두 만족하는 시간영역 연성출력을 생성할 수 있으므로 채널복호를 고려한 SC-FDMA 수신기의 성능 저하를 개선할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명에서는 채널 부호화된 SC-FDMA 시스템에서 MMSE 수신기를 적용하는 경우, 채널복호를 고려하여 시간영역 연성출력의 bias
Figure 112009077785209-pat00044
를 제거할 수 있는 주파수영역 unbiased MMSE 수신 기법 및 장치를 제안한다. 본 발명에서 제안하는 unbiased MMSE 수신기는 시간영역 연성출력의 bias를 동등한 주파수영역 바이어스로 변환하여 주파수영역에서 보상할 수 있도록 함으로써 시간영역 unbiased MMSE 수신기에 비해 구현을 용이하게 한다. 또한, bias
Figure 112009077785209-pat00045
가 1이 아닌 경우에 대해서도 최소평균제곱오류(MMSE) 조건과 최소오류확률(MEP) 조건을 모두 만족하는 시간영역 연성출력을 생성함으로써 종래 2D-MMSE 수신기의 성능 저하를 개선시키고자 한다.
본 발명에서는 채널 부호화된 SC-FDMA 시스템에서 SIMO 혹은 MIMO 수신기로 주파수영역 MMSE를 적용하는 경우의 수신기 구조를 제안한다.
MMSE 수신기에서 공간영역 MMSE 검출기를 적용한 경우, 각 서브캐리어의 MMSE 가중치는 다음 수학식 11을 만족한다.
Figure 112009077785209-pat00046
수학식 11로부터 수학식 6에 나타낸 MMSE FDE의 가중치
Figure 112009077785209-pat00047
는 다음 수학식 12와 같이 1이 된다.
Figure 112009077785209-pat00048
따라서 주파수영역의 MMSE 수신기는 공간영역에 대한 MMSE 가중치만 적용하면 되며, MMSE FDE 대신 시간영역 MMSE의 bias를 제거하기 위한 정규화 블록이 필요하다.
수학식 8에 나타낸 시간영역 연성출력
Figure 112009077785209-pat00049
에서 오류벡터
Figure 112009077785209-pat00050
는 간섭이 있는 경우에도 백색필터(whitening filter)를 적용한다고 가정하면 AWGN으로 모델링 할 수 있다. 따라서
Figure 112009077785209-pat00051
이 된다. 또한 SC-FDMA 시스템의 수신단에서 IDFT(Inverse Discrete Fourier transform)의 이득이 1이라고 가정하면, 주파수영역 MMSE 수신기와 시간영역 MMSE 수신기의 시간영역 연성출력이 동일하므로 시간영역 MSE의
Figure 112009077785209-pat00052
와 주파수영역 MSE의
Figure 112009077785209-pat00053
도 동일하다. 따라서 오류벡터의 분산
Figure 112009077785209-pat00054
는 다음 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009077785209-pat00055
한편, 주파수영역에서 송신신호벡터
Figure 112009077785209-pat00056
와 MMSE FDE의 연성출력 벡터
Figure 112009077785209-pat00057
의 차이에 대한 제곱은 다음 수학식 14와 같이 전개된다.
Figure 112009077785209-pat00058
여기서
Figure 112009077785209-pat00059
로 정의하고,
Figure 112009077785209-pat00060
이고,
Figure 112009077785209-pat00061
,
Figure 112009077785209-pat00062
인 관계식을 이용하면, 주파수영역의 MSE는 다음 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009077785209-pat00063
또한 수신안테나에서의 잡음 분산이 모두 동일하다
Figure 112009077785209-pat00064
고 가정하면, MMSE 검출기의 가중치는
Figure 112009077785209-pat00065
의 관계를 만족하므로 주파수영역 MSE는 다음 수학식 16과 같이 변형이 가능하다.
Figure 112009077785209-pat00066
따라서 수학식 15와 수학식 16으로부터 사용자 혹은 송신신호
Figure 112009077785209-pat00067
에 대한 시간영역 MMSE 수신기의 오류벡터의 분산
Figure 112009077785209-pat00068
은 주파수영역 MMSE 수신기의 가중치
Figure 112009077785209-pat00069
를 이용하여 다음 수학식 17과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112009077785209-pat00070
Figure 112009077785209-pat00071
,
일반적으로 송신되는 변조심볼의 전력은 정규화(
Figure 112009077785209-pat00072
)되어 있다고 가정할 수 있으므로 시간영역 MMSE 수신기의 bias
Figure 112009077785209-pat00073
는 다음 수학식 18과 같다.
Figure 112009077785209-pat00074
따라서 SC-FDMA 시스템에서 주파수영역 MMSE 수신기를 사용하는 경우, 시간영역에서 unbiased 연성출력을 얻기 위해서는
Figure 112009077785209-pat00075
로 정규화할 필요가 있다.
정규화된 주파수영역 unbiased MMSE 수신기의 연성출력
Figure 112009077785209-pat00076
과 IDFT 후의 시간영역 연성출력
Figure 112009077785209-pat00077
은 다음 수학식 19와 같다.
Figure 112009077785209-pat00078
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 unbiased MMSE 수신기의 구조를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 도 2에 도시한 종래의 MMSE 수신기와 비교할 때 MMSE 검출기(336)와 IDFT(322,3542) 사이에 정규화기(362,363)가 추가되었으며, 가중치 계산기(335)의 출력에 대해 바이어스를 계산하여 정규화기(362,363)로 입력하는 바이어스 계산기(361)가 추가되었다.
즉, 가중치 계산기(335)를 통해 주파수영역에서 MMSE 가중치 벡터를 계산하고, 바이어스 계산기(361)를 통해 이로부터 bias를 계산한 다음 MMSE 검출기(336)와 정규화기(362,363)를 거친 unbiased 연성출력을 IDFT(322,352)하여 시간영역의 연성출력으로 변환한다.
한편, 시간영역의 bias
Figure 112009077785209-pat00079
는 서브캐리어 인덱스나 샘플 인덱스의 함수가 아니므로 정규화기를 IDFT 뒤에 위치시킬 수도 있다. 도 4는 이러한 본 발명의 다른 실시예에 따른 unbiased MMSE 수신기의 구조를 도시한 것이다.
도 4에서 IDFT(442,452)와 정규화기(462,463)를 거친 unbiased 연성출력은 다음 수학식 20과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009077785209-pat00080
도 5는 도 3에 도시한 본 발명의 실시예에 따른 unbiased MMSE 수신기의 동작 순서를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 501 과정에서 시간영역의 수신신호를 FFT하여 주파수 영역으로 변환하고, 502 과정에서 주파수 영역에서 사용자 대역의 서브캐리어별로 MMSE 등화 및 검출을 수행하며, 또한 FFT된 신호에 대해 주파수 영역에서 MMSE 가중치 벡터를 계산하고 바이어스를 계산한다. 그리고 503 과정에서 MMSE 검출 신호에 상기 계산된 바이어스를 적용하여 정규화하고, 504 과정에서 unbiased 연성출력을 IDFT하여 시간영역의 연성출력으로 변환한다. 그리고 505 과정에서 복호화하여 각 단말로 전송한다.
도 4에 본 발명의 실시예에 따른 unbiased MMSE 수신기의 동작 순서는 도 5에서 503 과정과 504 과정의 순서가 서로 바뀌는 것만을 제외하면 도 5에 도시한 바와 동일하므로 중복되는 설명을 생략한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 unbiased MMSE 수신기(Proposed)와 종래의 MMSE 수신기(Conventional)의 성능을 비교한 것으로, LTE 규격에 따른 5MHz 대역폭의 DFT-SOFDMA 시스템에서 수신안테나의 개수
Figure 112009077785209-pat00081
이고, 사용자 수
Figure 112009077785209-pat00082
(CSM)인 경우에 대한 성능을 비교한 결과이다.
도 6에 도시한 바와 같이, EVA(Extended Vehicular A) 채널에서 최대 도플러 주파수(Max. Doppler frequency)가 5Hz(도 6의 (a)와 (b))인 경우와 70Hz(도 6의 (c)와 (d))인 경우, 주파수 할당된 RB(Resource Block)가 1개(도 6의 (a))와 25개(도 6의 (b) 내지 (d)), 16QAM 변조방식에서 부호율(coding rate)이 0.3(도 6의 (a) 내지 (c))과 0.5(도 6의 (d))에 대해 성능을 비교한 결과, 본 발명의 실시예에 따른 unbiased MMSE 수신기는 종래의 MMSE 수신기보다 낮은 복잡도로 10% BLER 기준 약 0.4 ~ 0.9dB의 성능 이득을 확보할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 종래의 SC-FDMA 시스템의 송신기 및 시간영역 MMSE 수신기(MMSE TDE)의 구조를 나타낸 도면
도 2는 종래의 SC-FDMA 시스템의 송신기 및 주파수영역 MMSE 수신기(MMSE FDE)의 구조를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 채널 부호화된 SC-FDMA 시스템의 unbiased MMSE FDE의 구조를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 채널 부호화된 SC-FDMA 시스템의 unbiased MMSE FDE의 구조를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 채널 부호화된 SC-FDMA 시스템의 unbiased MMSE FDE의 동작 순서를 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 unbiased MMSE 수신기와 종래의 2D-MMSE 수신기의 성능을 비교한 도면

Claims (12)

  1. 단일반송파 주파수분할다중접속 시스템에서 최소평균제곱오류를 수신하는 방법에 있어서,
    안테나를 통해 수신된 시간 영역의 신호를 주파수 영역으로 변환하고, 주파수 영역에서 단말별로 할당된 대역을 구분하는 과정과,
    상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 채널을 추정하고 가중치를 계산하여 최소평균제곱오류를 검출하는 과정과,
    상기 가중치와 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 채널 추정값으로부터 시간영역의 바이어스를 계산하는 과정과,
    상기 최소평균제곱오류 검출값에 상기 시간영역의 바이어스에 대한 역수를 취하여 상기 시간영역의 바이어스를 제거함으로써 상기 검출된 최소평균제곱오류를 정규화하는 과정과,
    상기 정규화된 신호를 시간영역으로 변환하고 복호화하여 상기 단말로 전송하는 과정을 포함하는 최소평균제곱오류 수신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시간영역의 바이어스는 다음 수학식을 만족하는 최소평균제곱오류 수신 방법,
    Figure 112009077785209-pat00083
    상기 식에서,
    Figure 112009077785209-pat00084
    는 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 잡음 추정값이고, w(u)는 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 가중치이며, h(u)는 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 채널 추정값임.
  3. 삭제
  4. 단일반송파 주파수분할다중접속 시스템에서 최소평균제곱오류를 수신하는 방법에 있어서,
    안테나를 통해 수신된 시간 영역의 신호를 주파수 영역으로 변환하고, 주파수 영역에서 단말별로 할당된 대역을 구분하는 과정과,
    상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 채널을 추정하고 가중치를 계산하여 최소평균제곱오류를 검출하고 시간 영역의 신호로 변환하는 과정과,
    상기 가중치와 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 채널 추정값으로부터 시간영역의 바이어스를 계산하는 과정과,
    상기 최소평균제곱오류 검출값에 상기 시간영역의 바이어스에 대한 역수를 취하여 상기 시간영역의 바이어스를 제거함으로써 상기 검출된 최소평균제곱오류를 정규화하는 과정과,
    상기 정규화된 신호를 복호화하여 상기 단말로 전송하는 과정을 포함하는 최소평균제곱오류 수신 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시간영역의 바이어스는 다음 수학식을 만족하는 최소평균제곱오류 수신 방법,
    Figure 112009077785209-pat00085
    상기 식에서,
    Figure 112009077785209-pat00086
    는 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 잡음 추정값이고, w(u)는 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 가중치이며, h(u)는 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 채널 추정값임.
  6. 삭제
  7. 단일반송파 주파수분할다중접속 시스템에서 최소평균제곱오류를 수신하는 장치에 있어서,
    안테나를 통해 수신된 시간 영역의 신호를 주파수 영역으로 변환하고, 주파수 영역에서 단말별로 할당된 대역을 구분하는 제1 변환기와,
    상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 채널을 추정하는 채널 추정기와,
    상기 채널 추정 값으로부터 가중치를 계산하는 가중치 계산기와,
    상기 계산된 가중치를 이용하여 상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 최소평균제곱오류를 검출하는 최소평균제곱오류 검출기와,
    상기 검출된 최소평균제곱오류값을 시간영역의 신호로 변환하는 제2 변환기와,
    상기 가중치와 상기 채널 추정값으로부터 시간영역의 바이어스를 계산하는 바이어스 계산기와,
    상기 최소평균제곱오류 검출값에 상기 시간영역의 바이어스에 대한 역수를 취하여 상기 시간영역의 바이어스를 제거함으로써 상기 시간영역의 신호로 변환된 최소평균제곱오류를 정규화하는 정규화기와,
    상기 정규화된 신호를 복호화하여 상기 단말로 전송하는 복호기를 포함하는 최소평균제곱오류 수신 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 시간영역의 바이어스는 다음 수학식을 만족하는 최소평균제곱오류 수신 장치,
    Figure 112009077785209-pat00087
    상기 식에서,
    Figure 112009077785209-pat00088
    는 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 잡음 추정값이고, w(u)는 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 가중치이며, h(u)는 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 채널 추정값임.
  9. 삭제
  10. 단일반송파 주파수분할다중접속 시스템에서 최소평균제곱오류를 수신하는 장치에 있어서,
    안테나를 통해 수신된 시간 영역의 신호를 주파수 영역으로 변환하고, 주파수 영역에서 단말별로 할당된 대역을 구분하는 제1 변환기와,
    상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 채널을 추정하는 채널 추정기와,
    상기 채널 추정 값으로부터 가중치를 계산하는 가중치 계산기와,
    상기 계산된 가중치를 이용하여 상기 주파수 영역으로 변환된 신호로부터 최소평균제곱오류를 검출하는 최소평균제곱오류 검출기와,
    상기 가중치와 상기 채널 추정값으로부터 시간영역의 바이어스를 계산하는 바이어스 계산기와,
    상기 최소평균제곱오류 검출값에 상기 시간영역의 바이어스에 대한 역수를 취하여 상기 시간영역의 바이어스를 제거함으로써 상기 검출된 최소평균제곱오류를 정규화하는 정규화기와,
    상기 정규화된 신호를 시간영역으로 변환하는 제2 변환기와,
    상기 시간영역으로 변환된 신호를 복호화하여 상기 단말로 전송하는 복호기를 포함하는 최소평균제곱오류 수신 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 시간영역의 바이어스는 다음 수학식을 만족하는 최소평균제곱오류 수신 장치,
    Figure 112009077785209-pat00089
    상기 식에서,
    Figure 112009077785209-pat00090
    는 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 잡음 추정값이고, w(u)는 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 가중치이며, h(u)는 상기 주파수 영역으로 변환된 신호의 채널 추정값임.
  12. 삭제
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